精品【毕业设计】年产1万吨维生素C发酵车间设计

精品【毕业设计】年产1万吨维⽣素C发酵车间设计-定

年产1万吨维⽣素C发酵车间设计

⽬录

中⽂摘要 (Ⅰ)

英⽂摘要 (Ⅱ)

1 绪论 (1)

1.1 维⽣素C简介 (1)

1.2 维⽣素C主要作⽤ (1)

1.3⼚址选择 (2)

1.4 市场需求分析 (3)

1.5 可⾏性研究结论 (3)

2 ⼯艺流程设计 (5)

2.1 空⽓除菌过程 (5)

2.2 第⼀步发酵过程 (5)

2.3 第⼆步发酵过程 (6)

2.4 2-酮基-L-古龙酸的提取分离过程 (6)

2.5 碱转化法合成Vc (7)

2.6 发酵⼯艺条件的优化 (7)

3 物料衡算及能量衡算 (8)

3.1 物料衡算 (8)

3.2 能量衡算 (9)

4 核⼼设备设计 (10)

4.1 选择设备的原则 (10)

4.2 主要设备选型与计算 (10)

4.3 辅助设备选型 (17)

4.4 提取⼯序设备选型 (18)

4.5 包装 (21)

5 环境评价与保护 (22)

5.1 三废产⽣情况 (22)

5.2 治理⽅案 (22)

5.3 开发清洁⽣产⼯艺 (22)

6 ⽣产组织、劳动定员和⼈员培训 (23)

6.1 ⽣产组织 (23)

6.2 劳动定员 (23)

6.3 ⼈员培训 (23)

7 经济核算 (25)

7.1 项⽬总投资估算 (25)

7.2 ⽣产成本和销售收⼊估算 (25)

7.3 财务评价 (25)

7.4 国民经济评价 (26)

致谢 (27)

参考⽂献 (28)

1

年产1万吨维⽣素C发酵车间设计

年产10000吨维⽣素C⼯⼚设计

摘要

维⽣素C是⼈体必不可少的⼀种营养素，每天每⼈需要量标准为60毫克，坏⾎病就是由于维⽣素C的缺乏⽽引起的。维⽣素C

⼜具有较强的解毒作⽤，并可以治疗⾼⾎压、⾎管硬化、增强⼈体免疫⼒、促进伤⼝愈合等，同时还具有美⽩抗衰⽼的作⽤，

在⾷品、⾷料、医药、化妆品等领域应⽤⼴泛。

维⽣素C产业符合中国健康产业发展⼤势，具有极⼤的发展潜⼒，因此本⽂论述了年产1万吨维⽣素C的⼯⼚设计，并制定产

品⽅案，设计⼯艺，进⾏车间平⾯设计，对维C发酵⽣产过程中物料平衡、热量平衡进⾏计算，设备选型，⽔电汽平衡，劳动

⼒平衡，设定企业管理组织架构，实施环境保护规划并进⾏污⽔处理，并进⾏经济核算。

关键词维⽣素C/⼯⼚设计/⼆步发酵法

I

年产1万吨维⽣素C发酵车间设计

10,000 TONS OF VITAMIN C PLANT DESIGN

ABSTRACT

Vitamin C is an esntial human nutrient requirement per person per day standard of 60 mg, scurvy is due to a lack of vitamin

C caud. Vitamin C also has strong detoxification and to treat high blood pressure, hardening of the arteries, enhance

immunity, wound healing, but also has a whitening anti-aging role in the food, foodstuffs, pharmaceuticals, cosmetics and

other fields are widely ud .

Vitamin C industry in line with the development trend of China's health industry, has great development potential, this article

discuss the annual output of 10,000 tons of vitamin C in plant design, and develop product solutions, design technology,

graphic design for the workshop, Victoria C fermentation of Process material balance, heat balance calculations, equipment

lection, water, steam balance, the labor balance, t corporate management structure, implementation plan and the

wage treatment environmental protection and economic accounting.

Key words Vitamin C / Plant Design / two-step fermentation

II

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1 绪论

1.1 维⽣素C简介

维⽣素C（Vitamin C，Ascorbic Acid）是—种⽔溶性维⽣素，⽔溶液具有—定的酸性⼜抗坏⾎病，所以⼜叫抗坏⾎酸。分⼦

式：C6H8O6；分⼦量：176.13。结构式：

由于维C分⼦中存在两个不对称碳原⼦，决定了维C有四个同分异构体，其中L （+）—VC的抗坏⾎病效⼒最强。维⽣素C分

⼦中的烯⼆醇结构不稳定容易被氧化，并且氧化作⽤随着热、光、重⾦属的催化作⽤和溶液碱性的增加⽽增强。

⼈类不能⾃⾝合成维C，只能从⾷物中摄取。其中⽔果和蔬菜中含有较多的维⽣素C，维⽣素C通常被⼩肠上段吸收，然后分

布于⾝体的所有⽔溶性结构中，正常⼈体内维⽣素C代谢活性池中约有1500mg维⽣素C，最⾼储存峰值为3000mg维⽣素C。

正常情况下，维⽣素C在体内经代谢分解成草酸或与硫酸结合⽣成抗坏⾎酸-2-硫酸由尿排出。有时也会有少量的维C直接由尿

排出体外。

1.2 维⽣素C主要作⽤

1.2.1 维⽣素C⽤于治疗坏⾎病

维⽣素C能促进胶原蛋⽩的合成，胶原蛋⽩⼜参与细胞的连接。当维⽣素C缺乏时，胶原不能正常合成，导致细胞连接障碍，

微⾎管容易破裂，⾎液流到邻近组织，⼈体各部位易出⾎，呼吸恶臭，⽛龈脱落，⽪肤表⾯易产⽣瘀斑和紫斑，关节胀痛，严

重时可导致死亡。可通过补充维⽣素C加以治疗。

1.2.2 维⽣素C的解毒作⽤

维⽣素C具有强还原性、酸性，能与体内氧化性有毒物质发⽣氧化还原反应，碱性有毒物质发⽣中和反应降低物质毒性。维⽣

素C能有效抑制体内的氧化作⽤，还能辅助淋巴单核细胞及⽩⾎球对⼄醛、磺胺、普鲁卡因、巴⽐妥、⽔杨酸等药物的解毒作

⽤，此外维⽣素C还能对重⾦属铅、镉、贡等具有较强解毒作⽤。

1

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1.2.3 维⽣素C能增强免疫⼒

具测定，⼈体在患病状态维⽣素C的含量会急剧减少；维⽣素C可提⾼CI补体酯酶活性，增加补体CI的产⽣，促进⼲扰素的产

⽣，⼲扰病毒mRNA的转录，抑制病毒的增⽣；维⽣素C可参与免疫球蛋⽩的合成，调节⼈体物质代谢和能量代谢的平衡，增

强⼈体⽩⾎球的吞噬能⼒，提⾼机体免疫⼒。

1.2.4 维⽣素C具有治疗⼼⾎管病的作⽤

维⽣素c有降低⾎中⽢油三酯和胆固醇的作⽤。它可促进胆固醇在肝脏转移，从⽽降低⾎中胆固醇含量并减少动脉粥样斑块的

形成。实验观察到维⽣素c可增加⼼肌收缩⼒、增加⼼排⾎量、增强⼼室舒张性能，抑制⼼律失常等。

1.2.5 维⽣素C具有治疗肿瘤的作⽤

有⽂献报道维⽣素C能影响肿瘤凋亡相关基因p53、c-myc及Bcl-2的表达[1]，抑制肿瘤细胞内DNA复合物合成，⼲扰肿瘤细胞

代谢周期，诱导肿瘤细胞的分化，限制肿瘤细胞的⽣长，促进肿瘤细胞凋亡。

1.2.6 维⽣素C在⾷品领域的应⽤

维⽣素C在腌⾁中的作⽤抗坏⾎酸钠应⽤于⾹肠制品和传统⾁制品的加⼯中，能促进腌⾁⾊素的合成，拟制⾁毒杆菌⽣长和亚

硝基胺的合成；维⽣素C在⽔果和蔬菜中的作⽤因为维⽣素C易被空⽓中的氧氧化，所以对含有空⽓的密封包装产品具有特殊

意义，维⽣素C含量低的⽔果和蔬菜添加抗坏⾎酸后，可以有效的阻⽌氧化作⽤，保持⽔果的颜⾊和风味；维⽣素在酿造制品

中的作⽤啤酒在储藏期间易产⽣浑浊，产品的颜⾊、⾹味和滋味都会有变化，维⽣素C是⼀种合乎要求的⾷品添加剂，在啤酒

中⽤作抗氧化剂，提⾼啤酒的澄清度。

1.2.7 维⽣素C还被⼴泛应⽤于⾷料和化妆品领域

维⽣素C对畜禽、鱼类的⽣长发育起着⾮常重要的作⽤，在应⽤中我们⼀定要选择稳定性、缓释性好，利⽤率⾼的维⽣素C添

加剂产品，使养殖业获得最佳收益。维⽣素C⽤于化妆品中具有抗衰⽼、美⽩的作⽤。还有祛斑美⽩的效果。

1.3 ⼚址选择

项⽬位于郑东新区夏庄村，北临连霍⾼速、西邻G107交通便利，郑州铁路枢纽位于国家铁路交通⼤动脉京⼴铁路、陇海铁路

的中央⼼脏位置，幅员全国。市内公路

2

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⽹络四通⼋达，交通条件优越。本项⽬拟以XXX糖业有限责任公司为依托，既可以该公司⽣产的⽩砂糖为原料，制得D—葡萄

糖然后加H制得D-⼭梨醇，⽣产产品，⼜可以以省内⼴泛种植的⼩麦为原料，制得初步原料D—葡萄糖，从⽽⽣产产品维⽣素

C。具有就地取材的优点，原料运输费⽤低。省内公路⽹络四通⼋达，必要时可从周边地区取材，交通便利。

1.4 市场需求分析

从全球范围看，1974年到2006 年，包括维⽣素在内的保健产品市场已经达到3500多亿美元。⼈⼝占世界五分之—的中国，保

健品市场份额仅占全球市场的2％。随着国民经济的发展，健康产业的后续发展空间将⾮常之⼤。第三次全国营养状况调查表

明：中国⼈普遍存在“潜在饥饿”，即缺乏各种微量营养元素，市场需求很普遍。美国的3亿⼈⼝，有1亿⼈每天在吃多维元素

⽚，市场份额在100亿美元以上。中国13亿⼈⼝，具有维⽣素消费能⼒的⼈⼝远远超过美国，这个市场空间是⽆法想象的，市

场的上限到底在哪⾥?谁也⽆法准确估计。

健康与每个⼈都息息相关，消费者对健康类产品重视的程度和期望值都很⾼。健康产业的发展必定更科学、更专业、更⼤众。

维⽣素产品对⼯艺、质量、疗效都有⾮常严格的要求和标准。⾸先维⽣素产品更科学。维⽣素和矿物质的应⽤，已经积累了

100 多年的研究经验。有17 位科学家，因为研究维⽣素⽽获得诺贝尔奖。其次维⽣素产品更专业，维⽣素类产品，不是什么

企业都能⽣产，它的配⽅和⼯艺，都有严格的规定。最后维⽣素产品更⼤众。维⽣素类产品—旦实现规模化⽣产，成本并不

⾼，远低于保健品的价格，很容易引导⼤众的常规保健。⽐如21 ⾦维他，每天不到8分钱，这样的价格策略，⼏乎可以攻⼊任

何市场。⽐起针对性特别强的单—产品，如补铁、补钙类，优势是很明显的。

维⽣素C是⽬前全球维⽣素⽣产⼚竞争最激烈、产销量最⼤和应⽤范围最⼴泛的维⽣素产品，也是我国最主要的出⼝创汇原料

药之—。⽬前，全球维⽣素C消费量每年10万t以上，消费去向主要是医药、⾷品及饮料、动物饲料等三⼤领域，其中以⾷品

饮料⾏业维⽣素C需求量最⼤，⽽动物饲料是近年发展起来的新领域，潜⼒很⼤。综上所述，维⽣素C是适应中国健康产业发

展⼤势的，在中国市场的潜⼒⽆疑是巨⼤的。

1.5 可⾏性研究结论

3

年产1万吨维⽣素C发酵车间设计

⾃1983年以来，国际VC 的市场价格波澜起伏，期间伴随国外、国内⼚商的整合与进出。期间经历了四次VC 价格⼤战来描

述，⾃2007 年初的长期市场价格低迷之后VC市场价格开始攀升，国内有很多⼚商开始、和准备开始进⼊VC市场，由于市场

需求量⼤，⽽且整个中原区，尤其是河南地区没有专们的维⽣素C⽣产企业，所以产品的销售将不是问题。原料供应及技术⽅

⾯，以XXX糖业有限责任公司为依托，由该公司⽣产的⽩砂糖制得D-葡萄糖，采⽤两步法⽣产维⽣素C，由于河南存在极⼤⾯

积的⼩麦种植基地，所以制糖业也不存在原料隐患，故维⽣素C⽣产原料供应稳定。

⽣产规模⽅⾯，⽬前准备投产或扩产的企业年产量均在3000～35000 吨，如东北制药总⼚（28000t/a）、⽯药维⽣药业

(35000t/a)、牡丹江⾼科（VC复产扩建项⽬基本建成，正在等政府部门验收，3000t /a），本项⽬⽴⾜中原地区，拟初步建成

年产10000吨的维⽣素C⽣产线。如前所述，产品维⽣素C功效显著，符合国家重点发展计划中的“重点发展天然和绿⾊的医

药、保健⾷品”的要求，本地区⽆专门维⽣素C⽣产企业，市场潜⼒巨⼤，符合现代消费观念，两段发酵法⼯艺技术先进，处

于国际领先⽔平。⽬前VC售价普遍在100元/千克，经济效益可观，社会效益显著因此，本项⽬建设具有很强烈的必要性和可

⾏性。

4

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2 ⼯艺流程设计

我国两步发酵⼯艺是20世纪70年代由中国科学院微⽣物研究所和北京制药⼚共同建⽴的，包括2个发酵步骤，故称两步发酵

法。第⼀步是在醋酸杆菌作⽤下将D-⼭梨醇氧化为L-⼭梨糖，俗称醇糖转化；第⼆步是在混合菌系的作⽤下将L-⼭梨糖进⼀步

氧化为2-酮基-L-古龙酸，俗称糖酸转化。我国Vc混合菌发酵技术具有很⼤的优势和潜⼒，其突出优势就是第⼆步糖酸转化效

率⾮常⾼。混合菌发酵法在国内的成功应⽤也引起了国外的⼴泛关注，并与上世纪80年代向瑞⼠Hoffmann La—Roche公司进

⾏了技术转让[2]。此法切实可⾏，整个过程的⼯艺流程：

D-⼭梨醇→L-⼭梨糖→2-酮基-L-古龙酸→L-抗坏⾎酸

说明：第⼀步发酵：D-⼭梨醇由微⽣物氧化成L-⼭梨糖；

第⼆步发酵：L-⼭梨糖由⼤菌、⼩菌转化为2-酮基-L-古龙酸；

然后把2-酮基-L-古龙酸通过化学⽅法合成维⽣素C。

2.1 空⽓除菌过程

维⽣素C的发酵过程属于好氧发酵，因此需要⼤量的⽆菌空⽓。本设计采⽤两级冷却、分离、加热的空⽓除菌流程：

空⽓→粗过滤器→空压机→储罐→冷却器→旋风分离器→冷却器→丝⽹分离器→加热器→过滤器→（灭菌空⽓）

这种流程的特点：2次冷却、2次分离、适当加热。2次冷却、2次分离油⽔的主要优点是可节约冷却⽤⽔，油和⽔污分离除去

⽐较完全，保证⼲过滤。经过第⼀级冷却后，⼤部分的⽔油都已结成较⼤的雾粒，且雾粒浓度⽐较⼤，故适宜于⽤旋风分离器

分离。第⼆级冷却器使空⽓进⼀步冷却后析出较⼩的雾粒，易采⽤丝⽹分离器分离，这类分离器可分离较⼩直径雾粒且分离效

果⾼。经2次分离后，空⽓带的雾沫就较⼩，两级冷却可以减⼩油膜污染对传热的影响[3]。

2.2 第⼀步发酵过程

2.2.1 菌种

⽣⿊葡萄糖酸杆菌R-30[4]，细胞椭圆⾄短杆状，G+，⽆芽孢，显微镜下浅褐⾊；最适培养温度34℃，pH 5.0～5.2，经扩⼤

培养，接⼊发酵罐。

2.2.2 培养基

5

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种⼦和发酵培养基成分⼀致，主要包括D-⼭梨醇、⽟⽶浆、酵母膏、碳酸钙等成分，添加适量维⽣素B增加产量。D-⼭梨醇浓

度过⾼容易产⽣抑制，⼀般控制在20%，超过250g/L产⽣抑制。

2.2.3 发酵过程

控制温度34℃，pH 5.0～5.2。该反应耗氧⽐较⼤，同⽓⽐要求1:1。10h后发酵结束，发酵液经80℃10min低温灭菌，移⼊第

⼆步发酵罐作原料。D-⼭梨醇转化L-⼭梨糖的⽣物转化率达98%以上。

2.3 第⼆步发酵过程

2.3.1 菌种

由⼩菌【氧化葡萄糖酸杆菌(Gluconobacter oxydans)】和⼤菌【巨⼤芽孢杆菌(Bacillus rnegaterium)】组成的混合菌株进⾏发

酵⽣产。其中⼩菌为产酸菌，单独培养时⽣长微弱，产酸较少；⼤菌为伴⽣菌，不产酸，但促进⼩菌⽣长或产酸。⼤⼩菌之间

是⼀种协同共⽣关系，即⼤茵促进⼩菌⽣长和产酸，⼩菌也使⼤菌⽣长加快。2.3.2 培养基

种⼦培养基和发酵培养基成分类似，主要有L-⼭梨糖、⽟⽶浆、尿素、碳酸钙、磷酸⼆氢钾等，pH值为6.8。L-⼭梨糖初始浓

度对产物⽣成影响较⼤，⼀般初糖浓度控制在30～50g/L。超过80g/L产⽣抑制。

2.3.3 发酵过程

由于⼤菌、⼩菌最适培养条件不同[5]，如⼩菌25～30℃，⼤菌28～37℃，所以发酵过程要兼顾两种菌的最适条件。通常操作

温度为30℃，pH值为6.8左右，溶氧浓度控制30%。混合菌种经⼆级种⼦扩⼤培养，接⼊含有第⼀步发酵液的发酵罐中，通⼊

⽆菌空⽓搅拌，初始8～10h菌体快速增长[6]。当作为伴⽣菌的⼤菌开始形成芽孢时，⼩菌开始产酸。在20～24h开始补加培

养L-⼭梨糖，总浓度达到140g/L[7]。当⼤菌完全形成芽孢后，产酸达到⾼峰，发酵结束[8]。⼤约72h左右，L-⼭梨糖⽣成2-酮

基-L-古龙酸的转化率可达70%～80%。

2.4 2-酮基-L-古龙酸的提取分离过程

经过两次发酵以后，发酵液中2-酮基-L-古龙酸含量仅约6%～8%，残留的菌丝体、蛋⽩质和悬浮微粒等杂质存在于发酵液中

[9]，需要将Vc前体——2-酮基-L-古龙

6

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7

酸提取出来。⼯艺流程（图2-1）：

发酵液

离⼼洗涤图2-1 2-酮基-L-古龙酸提取纯化⼯艺流程图

2.5 碱转化法合成Vc

将2-酮基-L-古龙酸与甲醇反应⽣成2-

酮基-L-古龙酸甲酯，该酯在NaHCO 3的作⽤下内酯化⽣成VC 钠盐，该钠盐经阳离⼦交换柱酸化后转变为VC ，再经脱⾊、浓

缩、结晶等⼯序得到纯VC [10]。⼯艺流程（图2-2）：

2-酮基-L-古龙酸

2-酮基-L-古龙酸甲酯

NaHCO 、转化

阳离⼦交换树脂

活性炭、草酸脱⾊图2-2 碱转化法合成维⽣素C⼯艺流程图

过滤、结晶、⼲燥

2.6 发酵⼯艺条件的优化

对于任何⼀种发酵产品，肯定存在着抑制该物质⼤量积累的影响因素[11]。除了从代谢调控、微⽣物⽣理等⾓度研究这些因素

对产酸积累的影响规律外，在发酵⼯艺的设计中我们还可以从加速底物消耗，缩短发酵时间，降低能耗，降低⽣产成本的⾓度

来提⾼⽣产效率[12]。进⽽提出相应的控制⽅法或策略，可望实现产品的⾼产量、⾼产率和⾼⽣产强度的相对统⼀。

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3 物料衡算及能量衡算

3.1 物料衡算

根据维⽣素C的⽣产⼯艺:维⽣素C的年产量为10000吨，因此⽣产维⽣素C的原料使⽤量(以最⾼使⽤量计)如下:

倒灌率：1%；

D-⼭梨醇（M=182）到L-⼭梨糖转化率[4]：98%；

L-⼭梨糖转化率到2-酮基-L-古龙酸（M=194）转化率：80%；

2-酮基-L-古龙酸到维⽣素C（M=176）的转化率：95%；

则D-⼭梨醇到维⽣素C的理论转化率为：η=98%*80%*95%=74.48%

D-⼭梨醇的年需求量：X=[(1/176)*182]/ η=1.3884wt;

D-⼭梨醇的⽇需求量：1.384*10000/300=46.28t;（⼀年按300个⼯作⽇计算）

表3-1 投料清单

8

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3.2 能量衡算

3.21 杀菌系统消耗冷⽔量:

2-酮基-L-古龙酸在发酵液中的浓度：6%；

每天2-酮基-L-古龙酸（M=194）的产量：[(46.28*98%*80%)/182]*194=38.68t；

每天处理发酵液总量：36.68t/6%=644.60t；

第⼀步发酵完成后发酵液经80℃，10分钟低温灭菌，然后冷却到30℃进⾏第⼆步发酵，因此菌种系统冰⽔⽇耗量计算如下:

发酵液的⽐热：3.82KJ/Kg；冷⽔⽐热容4.20 KJ/Kg，冷却前后温度变化20℃-50℃。Q=CM△T；Q冰⽔=Q发酵液

3.82*64

4.60t*(80-30)=4.2*M*（50-20）；M=977.1t

3.22 CIP系统蒸汽消耗量

每天清洗需要加热清洗介质，根据清洗⽤管式换热器的设计数据，但是基本上不会同时消耗蒸汽，因此可以按照70%，进⾏计

算，即平均消耗蒸汽5000Kg/天。

3.23其他电⼒、压缩空⽓等耗量

电耗和压缩空⽓的耗量与设备的⽣产能⼒有关，将设备清单中设备的消耗量累计，即可得到能源的消耗，由于⼯⼚不会所有设

备同时运转，因此根据经验以该数据总量的70%对其进⾏计算。

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10

4 重点设备设计

4.1 选择设备的原则

从设备的设计选型上，可以反映出所设计⼯⼚的先进性和⽣产的可靠性。因此在设备的⼯艺设计和选型时应考虑如下原则:

(1)保证⼯艺过程实施的安全可靠。 (2)经济上合理，技术上先进。 (3)投资省，耗材料少。 (4)运⾏费⽤低，⽔电汽消耗少。

(5)操作清洗⽅便，耐⽤易维修，备品配件供应可靠，减轻⼯⼈劳动强度，实施机械化和⾃动化⽅便。

(6)结构紧凑，尽量采⽤经过实践考验证明确实性能优良的设备。 (7)考虑⽣产波动与设备平衡，留有⼀定余量。 (8)考虑设备

故障及检修的备⽤。

4.2 主要设备选型与计算

4.2.1 发酵罐选型

发酵罐⽆疑是本设计最为关键的设备,⽬前国内⼀般使⽤机械涡轮搅拌通风发酵罐，具有技术成熟可靠、稳妥且成功率⾼等特

点。⽣物反应发酵罐⼀般有20m 3、30m 3、50m 3、60m 3、75m 3、150m 3、200m 3等，国内⼀般为100-500m 3，⽽国外

则都在400-500m 3，最⼤可能为1000m 3以上。⼀般

单罐体积越⼤则可以缩短⽣产周期提⾼产效，但同时也增⼤了风险以及加⼤了对设备系统、动⼒系统的要求。本设计预计使⽤

公称体积200m 3的发酵罐。 图4-1 发酵罐图 4.2.1.1 发酵罐个数与基本尺⼨

有前⾯运算知单次周期内需发酵2000m 3液体，⽽罐的填充系数为φ=0.75

，故所

年产1万吨维⽣素C 发酵车间设计

11

需总体积为： V 1=

V

=2000/0.75=2700m 3

查表知公称容积为200m 3发酵罐总容积为230m 3 从⽽需要n=

0V 24Va τ

其中，V 0——昼夜需要加⼯的发酵液量，m 3 τ——⽣产周期,h Va ——罐的总体积，m 3 φ——填充系数

由于 V 0=2000324/96 τ=96

所以 n=2000/（23030.75)=11.59 图4-2发酵罐结构图 取整12个，由于是⼆步发酵共取24个 从⽽可保证⽣产量 发酵罐主要尺

⼨计算

V=V 筒+2V 封 由于上封⼝体积可忽略 V 封= V 封=3

4R 6π=

3

2D 24

π V=2H D 4π+32D 24

π

⽽200m 3的径⾼⽐为2

故V=22D D 4

π+32D 24π=230 m 3 D=5009mm

取D=5m H=10m

根据《发酵⼯⼚设计概论》通⽤发酵罐系数表查得封头⾼H=300mm 从⽽定容积 V=V 筒+2V 封

=22D D 4

π+3

2D 24π

=0.78532353+3.14353/12

=229 m 3 ≈230m 3 从⽽满⾜设计 4.2.1.2 发酵罐的冷却⾯积

年产1万吨维⽣素C 发酵车间设计

12

由于为保证发酵在最旺盛、微⽣物消耗基质最多及环境温度也最⾼时计算冷却下的发酵热。对于每罐实际装液量 V 液=V 全

2φ=23030.75=172.5m 3

查阅相关经验值表抗菌素类 ψ=冷却⾯积㎡/发酵液体积 在1-1.5间 为保证⾜够换热⾯积 ψ=1.5

从⽽ A=V 全ψφ=23030.7531.5=258.8㎡

或对于维⽣素C 酶1m 3发酵液每1h 传给冷却器最⼤热量约为4.1833300 KJ/(m 32h),⽽K 值约为4.183500

26 → 26 20 → 23 -----—- 6 3

△tm=(6-3)/㏑(6/3)=4.33℃ 从⽽A=

Q K tm =4.1833002300.75

4.18500 4.33

=262.9㎡ 与258.8㎡较为接近 4.2.1.3 发酵罐的搅拌器计算

采⽤六弯叶涡轮搅拌器

搅拌器叶径 D 1=D/3=1.67m D=5m 挡板宽度 B=0.2D=1m 搅拌叶间距 S=2D 1=3.74m 搅拌叶距罐底距离 C=D 1=1.67m ⽽

C+2S=9.15<10 取3层搅拌器 同时 10-9.15=0.85>D1/2

即满⾜⼯业上要求最上层搅拌桨叶到液⾯距离在0.5D1-2D1之间 对于发酵液 ρ=1050Kg/m 3 µ=0.1Pa 2S ⽽根据查资料知

N=100 r/min

对雷诺数 Re=2D NP µ

=21.671001050

600.1=4.883104>104

从⽽为湍流，查阅《发酵设备》知搅拌功率准数Np=4.7 ①不通⽓时搅拌功率

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Pr=Np 2N 32D 52ρ=4.73(100/60) 331.67531050 =2.9683105 W =296.8 Kw

⽽3层功率 Po=P[1+0.63(3-1)]=652.96 Kw ②通⽓时轴功率P 2

P 2=2.25310-33(P 123N 3D 3/Q 0.08) 0.39 其中，N=100r/min D ——5m

Q ——通风量，mL/min. 通风⽐VVm=0.08-0.15mL/min,取0.10若风速增⼤，P2会减⼩

Q=172.530.1=17.25m 3/min

P 2=2.25310-3

3[2370.08

652.961001671.72510（）

]0.39

=504.2 Kw

4.2.2 种⼦罐选型

种⼦罐作为⼆级发酵设备是负责将⼀级种⼦进⾏扩⼤培养并随后接⼊三级发酵罐中进⾏发酵，故⼀般为便于⽣产⼀个三级发酵

罐配套⼀个⼆级发酵罐，由前⾯运算知应需要12个三级发酵罐，故种⼦罐则也需要12个。⼀般种⼦罐有5m 3、20m 3、50m 3

等。

由前⽂描述知种液接种量为发酵液的15%，同时罐的填充系数为0.6，因此需要的种⼦罐容积为： 15%3230/0.6=57.5m 3

取整为60m 3。 种⼦罐主要尺⼨计算 V=V 罐+2V 封

2H D 4π+3

2D 24

π =60 取径⾼⽐为2

从⽽ 3D 2

π+32D 24π=60 ，D=3.2m

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从⽽ H=6.4m 实际容积为

V=0.7853233.23+3.1233.23/12 =60.02m 3>57.5m 3 故满⾜⼯业设计要求

⽽对于种⼦罐的换热⾯积根据前⽂描述及查阅相关资料种⼦罐φ=1.2 从⽽ A=V 全2φ2Φ =6030.631.2 43.2㎡

⽽关于种⼦罐的搅拌器尺⼨计算 搅拌器叶径 D 1=D/3=1.067≈1.07m 挡板宽度 B=0.2D=0.64m 挡板叶间距 S=2D 1=2.14m 搅

拌叶距罐底距离 C=D 1=1.07m ⽽C+2S=5.35<6.4

同时， 6.4-5.35=1.05>D 1/2 故满⾜⼯业上要求（D 1/2-2D 1）

4.2.3 配料罐

配料罐⼜名搅拌罐、配料桶，为上开启式，下斜底三层结构，具有可加热⾃动控温、保温、搅拌功能；传热快、适应温差⼤、

清洗⽅便等优点。⼴泛应⽤于⾷(乳)品、制药、⽇化、饮料、油脂、化⼯、颜料等⾏业做为中间缓冲、储液、搅拌、调配设备

(在物料⽆须加热可调配均匀的的状态下，该设备为最经济实⽤)、加热、混合调

配或

杀菌处理。特别适合于⽆蒸汽热源的单位与科研机构的⼩、中试使⽤。并可按⼯艺需要采⽤全封闭式结构、保温结构。

配液罐是在夹套内由蒸汽进⾏加热，热量通过罐体内壁传热给物料，保持所需温度，同时靠磁⼒搅拌器的搅拌转动，不断翻滚

物料⽽使药液达到混

图4-3 配料罐

年产1万吨维⽣素C发酵车间设计

合均匀的⽬的。有节能、耐蚀、⽣产能⼒强、清洗⽅便，结构简单等特点，是制造乳品、饮料、制药⼚家不可缺少的设备。

结构：本设备由罐体、夹套、内胆、封头、磁⼒搅拌装置及公⽤系统管道组成。主体材质为进⼝不锈钢，按GB741-80技术条

件进⾏，罐体内外抛光，罐内有搅拌桨，⼯作时起搅拌作⽤；上盖有温度计，显⽰罐内温度；顶部有摆线针输⾏星减速器，带

动搅拌桨；并可装拆与清洗，并是⼀扇可开式罐盖供清洗⽤，另加两个进料⼝，可与管道连接，便于连接进各种配料，下⾯带

有出料⼝，并装上旋塞阀⼤等搅拌均匀后、旋转旋塞阀⼿柄90°即可放料，放料完毕关闭，达到搅拌均匀⽬的；可配有液位计

或称重设备，对罐内的物料体积或重量进⾏计量。

配料罐有以下⼏种类型：1上活动盖、下斜底结构

2上活动盖、下锥底(或椭圆、蝶形封头)结构

3上下锥形封头结构(封闭式）

4上下椭圆(或蝶形)封头结构

配料罐的主要性能及结构性能：

1、容积：50L、100L、200L、300L、500L、600L、1000L～5000L。

2、加热⽅式：采⽤电热棒插⼊夹套内，加热均匀⽆冷区。夹套内注⼊导热油或⽔为加热介质，产⽣热能对罐内物料进⾏加

热。

3、物料加热温度：≤100℃；物料加热时间：10min(视⼯艺需要)。

4、温度控制：采⽤电热偶测量温度与温控仪连接进⾏测控温度(温差±≤1°C)，并可调节物料温度的⾼低。温控仪安装在电控

箱内，温度传输杆直插⾄罐内底部，使料液⽤到最低位置也能指⽰出温度。

5、罐体：内表⾯镜⾯抛光处理，粗糙度Ra≤0.4µm。

6、上盖：为两扇可开式活动盖，便于清洗，内外表⾯镜⾯抛光处理(粗糙度Ra ≤0.4µm)。

7、内罐底结构：经旋压加⼯成R⾓，与内罐体焊接、抛光后⽆死⾓，并向出料⼝⽅向呈5°倾斜，便于放净物料⽆滞留。

8、夹套形式：全夹套，⽤于加⼊导热油或⽔，使⼯作时达到最佳升温和降温的⽬的。

9、保温材料：采⽤填充珍珠棉、岩棉或聚氨酯浇注发泡，保持与外界的温差，达到隔热保温效果。

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年产1万吨维⽣素C发酵车间设计

10、外壳体表⾯处理⽅式：镜⾯抛光或2B原⾊亚光或2B磨砂⾯亚光处理。

11、搅拌装置：顶部中⼼搅拌，减速机输出轴与搅拌桨轴采⽤活套连接，⽅便拆装与清洗。

12、搅拌转速：15～120r/min(定速)；搅拌桨形式：框式、锚式、桨叶式、涡轮式等(按⼯艺要求)。

13、设备配置：电⽓控制箱、温度仪、料液进出⼝、介质进出⼝(进、排油)、放空⼝(溢油孔)等。

14、材质：内罐体SUS304或SUS316L；夹套为Q235－B或SUS304；外保护壳体为SUS304。

15、各进出管⼝⼯艺开孔与内罐体焊接处均采⽤翻边⼯艺圆弧过渡，光滑易清洗⽆死⾓，外表美观。

表4-1 配料罐相关参数

容量(L) L=300 L=500 L=800 L=1000

真空度(MPa) < - 0.09 < - 0.09 < - 0.09 < - 0.09

⼯作压⼒(MPa) 常压常压常压常压

⼯作温度(℃) 0~100 0~100 0～100 0～100

电机功率(KW) 3 4 5.5 5.5

搅拌转速(r/min) 35-51 35-51 35-51 35-51

外型尺⼨(mm) Φ1100 X2050Φ1200 X2390Φ1400 X2650Φ1500 X2750

4.2.4 补料罐

在⼀般抗⽣素药品、⾷品、酒类等发酵⽣产过程中，给发酵液补充多种营养剂是⽣产过程中不可缺少的⼯艺步骤，我中⼼研制

的定量补料罐与“连续脉冲流加补料”的⽅法共同应⽤可使发酵罐内菌丝⽣产环境保持稳定，维持适当的营养平衡，利于菌株⽣

长。通过视窗可直观地显⽰补料过程。本产品安装⽅便、动作可靠、对导电和⾮导电介质均可计量。

补料罐的特点包括：

1. 耐腐蚀不染菌

2. 耐蒸汽消毒

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